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1、机械设计总复习,复习策略,题型:选择、填空、分析、计算、结构改错,猜题:否定绝对,缩小范围;做题:调整心态,先易后难;读懂题意,争小抢大。,复线运筹法,交错运筹法,重点运筹法,顺序运筹法,冲刺成功秘笈:计划,方法,努力。,复习技法,应试内容重组法,应试重点复习法,应试Tips,应试内容重组法,1、明确零件的类型和结构特点,2、领会零件的工作原理、工作条件,3、掌握工作情况分析:运动分析和动力分析,4、判断失效形式、确立设计准则,6、理解零件设计方法、主要参数,7、掌握结构设计方法:材料及热处理和结构改错,5、推导公式、设计步骤,1. 零件的类型和结构特点,齿轮传动 类型:圆柱(直、斜、人),圆
2、锥,齿轮齿条 装置和齿面:开与闭,硬与软 几何特点:平行与相交,端、法、大端,蜗杆传动 类型:圆柱(ZA阿氏,ZI渐开,ZN延渐开,ZK锥包络),圆锥、环面;普通 。布置:上置、下置、偏置,带传动:原理(摩擦:平带传动、V带、多楔带、圆带;啮合:同步带),几何特点:变位特点和直径系数,V带:普通、窄、宽、大楔角、齿形、联组V带等,链传动:,滚子链、齿形链,普通V带Y、Z、A、B、C、D、E,窄V带:SPZ,SPA,SPB,SPC,摩擦带特点,优点:弹性吸振、过载保护、低成本、中心距大,缺点:传动比不准,轴力大,尺寸大,寿命短,效率低。,传动装置:齿轮传动,蜗杆齿轮,带齿轮,锥齿轮,轴:转轴,心
3、轴、传动轴,滚动轴承:7类,3类,6类。滚动体 选择(载荷, nlim,刚性及调心,成本 );基本代号,滑动轴承:液体摩擦(动压和静压);非液体摩擦 结构特点:整体与剖分,轴瓦(油孔槽位置,瓦衬固定),螺纹连接:,键和花键,螺栓连接-,普通螺栓连接,铰制孔用螺栓连接,双头螺柱连接,,螺钉连接,,紧定螺钉连接。,键-平键(普通,导、滑键)、半圆键、楔键、切向键,花键:矩形,渐开线;对中方法,2 领会零件的工作原理和工作条件,齿轮传动:啮合(推压),正确啮合,重合度,旋向,带传动:摩擦,不打滑条件,螺栓组、螺栓连接 螺纹(粗、细牙,牙型,旋向,制度) 横向外载荷(普通螺栓连接靠摩擦传递,铰制孔用螺
4、栓连接靠剪切和挤压传力) 螺栓组受力状态(拉、压、剪、弯、复杂),不滑移条件,不开缝条件,不压溃条件。,防松原理:防止螺旋副相对转动,防松方法:摩擦防松,机械防松,破坏螺旋副。,键联接 普通平键、半圆键:工作面靠键的剪切和键、轴、毂挤压,滑动轴承-形成动压条件:收敛楔形间隙;一定相对速度且大口进小口出;两板充满一定粘度的润滑油,楔健:工作面,靠摩擦力传力。,切向健:工作面,靠摩擦力和挤压传力,无键连接,销连接,3 掌握工作情况分析:运动分析和动力分析,直、斜齿轮:,锥齿轮:,蜗杆传动:,带传动:,3.1运动分析,传动比,链传动:,总传动比i=i1i2,齿数比、增减速,相对滑动(优点、缺点),齿
5、轮:节点相对滑动为零易点蚀,摩擦力(塑变:主凹从凸),蜗杆传动:沿齿高同时又沿齿长滑动,故效率低,带传动:,过载保护,弹性滑动和打滑(现象、本质、后果),速度,齿轮圆周速度,带传动,链传动,3.2 力分析,功率、转矩,力分析,直齿 斜齿 锥齿 蜗杆,Ft圆周力“主反从同”,Fr径向力“各指轮心”,Fa轴向力:斜齿、蜗杆主动轮左右手法则,锥齿小端指向大端,注意点:,1 各轮转动方向:外啮:箭头同时指向节点或背离节点,2 螺旋线方向:外斜齿等值反向,蜗轮蜗杆等值同向,3 作用力与反作用力:锥Fr与Fa、蜗Ft与Fa对应,效率、总效率,自锁 (螺旋副:粗牙和细牙v;蜗杆:与头数有关),3.2,带的内
6、力,紧边拉力和松边拉力关系,最大有效拉力与F1、F2或F0关系,注意:,1 积或Fec特指将滑未滑,2 是小轮包角,弧度值,有效拉力Fec与传递功率P关系,滚动轴承:,C基本额定动载荷:寿命,R,易错:,1 7类、3类派生轴力方向,2 压紧轴承和放松轴承的轴向力,派生轴力方向:内外圈相分离。,Fa的计算方法:,(1)压紧轴承和放松轴承判别法;,(2)轴承力平衡法;,(3)公式计算法:,螺栓组受力分析,功用,1 推导公式:F,F0, F1, F2间关系;,2 提高螺栓连接强度的措施。,1)螺纹牙载荷分配;,2)减少螺栓应力幅;,3)降低应力集中;,4)避免附加弯曲应力;,5)合理制造工艺。,齿轮
7、传动,KA使用系数(外载,工作机、原动机类型),KV动载系数(制造误差,齿的变形;提高精度,修缘),K齿间载荷分配系数,K齿向载荷分布系数(刚度,传动位置;提高刚度,合理位置,适当齿宽,提高制造及安装精度,鼓形齿),额定载荷,计算载荷,实际载荷,3.3 应力分析,带:变应力,max=1+b1+c ,位置, min=2+c ,齿轮,齿根弯曲应力,注意:,2 大小轮齿根弯曲应力不等,因与齿数(当量齿数)有关;,3 b是设计齿宽,B1=B2+(510)mm,1 应力循环特性:单向转动r=0;双向转动,惰轮,行星轮为r=-1(极限应力值中考虑:0.7Flim),力学模型(悬臂梁,力大小,作用点,危险截
8、面),齿面接触应力,力学模型(单对齿在节点处一对节圆柱啮合),螺栓连接,普通螺栓连接:,轴,弯扭合成,的含义,两轮接触应力相等,应力循环特性r=0,静载下应力,变载下应力(min=C),弯曲应力r=1;,转轴,扭转切应力-单向转动r=0,双向转动r=1,心轴,固定:弯曲应力r=1,0;转动:弯曲应力r=1,传动轴,单转:r=0扭剪应力,双转: r=1扭剪应力,机械零件的强度,疲劳强度,平键连接,静强度,第四强度理论,拉、扭复合应力,如螺栓,第三强度理论,弯、扭复合应力,如转轴,1) 工作应力:五参数三方程,2) 极限应力,3)-N疲劳曲线(NN0,r一定),用途:,1)已知N0,m,-1,求一
9、定N时-1N,2)已知N0,m,-1,求一定-1N时N,B,s;-1,0,r(NN0);rN(103NN0),3)曲线值因r,材料而异,材料的极限应力线图的绘制,(1)已知-1,0,S;,(2)已知-1,S 。,4) 等寿命疲劳曲线,零件的极限应力线图的绘制,(1)已知-1,0,S,K;,(2)已知-1,S, K 。,注意:公式中影响疲劳强度三因素。,滚动轴承:滚动体和转动套圈H周期变化,固定脉动不变。,4判断失效形式,确定设计准则,齿轮:弯折、点蚀、磨损、塑变、胶合,HH,FF,注意:开式齿轮设计准则,蜗杆:与齿轮相比,失效在蜗轮轮齿上、无塑变,HH,FF,yy,t0t0,带和链:带(打滑和
10、带的疲劳破坏P=Ftv/1000P);链(链板疲劳等,功率曲线),滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承失效:边界油膜破裂,pp防过度磨损,pvpv限制温升,点蚀原因(节线Hmax大,相对速度小,裂纹扩展),防止或减轻措施(提高硬度,减小粗糙度,变位,高粘度油),轮齿折断防止或减轻措施(正变位,增大齿根圆角,减低粗糙度,表面强化),vv,局部p小pv大,滚动轴承:点蚀、塑变、磨损,CC或LhLh,C0C0,键,静联接(普通平键):压溃,剪断,动联接(导键、滑键):磨损,轴:强度、刚度、振动稳定性,螺栓连接:铰制孔用螺栓(压溃、剪断);普通螺栓(静、疲劳强度失效),4,5 推导公式、设计步骤,轴,材料
11、、热处理,结构草图设计,轴的计算(强度,刚度),平键联接,键类型,键剖面尺寸,键长,强度校核,带传动,带型号,带轮直径,初选中心距,计算带长,实际中心距,根数,轴上压力。,滚动轴承,型号选择,C0,Fd,C,Fa/C0,Fa,X,Y,MaxP1,P2,Lh,齿轮传动,注,1 公式用途,2 校核、设计方法(如开式传动),3 提高强度的措施,试推导齿根弯曲等强度条件,试推导齿轮齿条传动齿面接触强度,6 理解零件设计方法及其主要参数,齿轮:,直齿:齿根应力(悬臂梁,单对齿,全部载荷作用在齿顶,危险截面:与轮齿中线成30且与齿根圆角相切,切点的连线),齿面接触应力(Hertz公式:使变直径接触实用化-
12、单对齿在节点处的接触应力),斜齿:,当量齿轮,锥齿:,当量齿轮,齿宽中点,主要参数:,接触d(a),弯曲m(提高齿轮强度的措施),齿数-闭多开少,齿宽系数:锥、直斜不同,a=z1(1+i )m/2,螺栓连接:受横向载荷的紧联接,1.3,蜗杆传动:q,变位特点及方法,带,键,滚动轴承,P=Fev/1000,主要参数dd1,提高带传动能力,为何限制ddmin,v,a,1,校核、条件性计算理由,尺寸选择:bhL,取键为分离体,力不平衡,选择性计算,注意:1 寿命系数2 当量动载荷计算,链:p,7 熟悉结构设计方法:材料及热处理和结构改错,传动零件在方案中的配置,1)带传动承载小,传同T时尺寸较其他传
13、动形式大,能缓冲吸震,应放在高速级;,2)蜗杆传动能实现大传动比,但低适用于中小功率或间隙运转场合;当它与齿轮同时应用时,蜗杆布置在高速级尺寸小,省料,高,在低速级应齿轮T小传动装置尺寸小;,3)锥齿轮因加工困难(尤其大模数)尽量布置在高速级和限制传动比;,4)斜齿轮传动平稳性较直齿好,常用在高速级或要求平稳的场合。,材料、热处理,结构,齿轮:一般原则-齿面硬、齿芯韧;软齿面HBS1=HBS2+(3050),蜗杆(碳钢或合金钢);蜗轮(铸锡青铜、铸铝锡青铜、铸铁),轴承合金、铜合金、铝基合金、灰铁、球铁、多孔金属材料,7,工艺路线,硬齿面:切齿,调质,表淬,磨齿 ;切齿,渗碳,淬火,磨齿。,软
14、齿面:切齿,正火或调质,滚齿。,蜗杆传动,滑动轴承,材料与热处理:低碳、合金钢渗碳,中碳、合金钢调质后淬火,蜗杆传动散热方法:风扇,冷却管,散热片,结构:径向轴承(整体、剖分);推力轴承(普通、液体动压斜面或顷瓦);轴瓦结构(油孔、沟、固定),结构改错:,1)转动与固定件接触?,2)轴上零件轴向、周向固定?,3)工艺不合理:加工面、安装、调整,4)润滑与密封,5)制图错误,带,胶带和铸铁带轮;张紧轮位置:松边,内侧,靠大带轮;张紧方法;换带;带楔角和槽角差异。,合金钢和碳钢(刚度接近);合金钢应力集中敏感,轴,轴向固定:轴肩、环、套筒、档圈、圆螺母、圆锥形轴头等;周向固定:平键、花键、过盈连接
15、、成形、销、弹性连接等;轴的直径和长度(dmin、轴毂长),滚动轴承,固定与锁紧;装拆和调整;配合;润滑与密封,V带结构图,螺纹连接,结构图,预紧方法,防松措施。,齿轮力分析,Fa3,Fa2,Fa1,Fa4,Fa5,Ft6,左旋,结构改错,机械设计复习,1强度,失效形式和设计准则, =lim/S,Sca=lim/S,工作应力,静应力ca:螺栓(4),轴(3),稳定变应力:类型,3方程5参数,极限应力,静强度:脆性材料B,塑性材料s,疲劳强度,有限、无限寿命:一定r下的rN,r,无限寿命:任意r下的r,考点,绘制材料、零件极限应力线图:条件、,单向稳定变应力强度计算(r=cost,作图法和解析法),双向稳定变应力强度计算,2螺纹连接键连接,基本知识,螺纹:细牙与粗牙,联接与传动,效率与自锁,螺纹联接,类型、画法;普通与铰制孔用螺栓,标准件强度级别、材料,预紧目的、控制方法,防松目的、防松方法,螺栓连接设计,结构设计原则,螺栓组力分析,力分析目的、假设条件,螺栓组受力与单个螺栓,4种受力状态:拉压、剪、扭、弯,复杂受力状态下力分析,单个螺栓连接强度计算,受拉螺栓、受剪螺栓,1.3的物理意义,提高螺纹连接强度的措施,键连接,失效形式,平键尺寸的确定,